复合管柱在井下作业中的遇卡原因分析及其预防措施研究

在井下作业施工过程中分层注水或分层开采等复合管柱起钻期间经常出现遇卡现象,严重地制约着施工的效率与安全。通过对井下作业管柱遇卡的原因进行研究,可以发现主要表现在作业操作人员、管柱自身及周围的环境等三方面。为了解决复合管柱的遇卡问题,本文就此进行深入分析,在提出遇卡结构和分类的情况下,指出其具体原因,最终给出针对性策略,以便更好地解决此类问题,进而保证井下作业项目的顺利进行。

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一,传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此,提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺,结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况,首先,提出了基于"铝合金+碳钢"的多材质复合管柱组合及设计方法;其次,开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价,并优选出了适合于"铝合金+碳钢"多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型;最后,研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法,并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用,进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。

复合管柱初始压缩量计算分析

复合管柱在油气井封隔器完井工艺中应用广泛,由于其结构复杂,初始压缩量的计算不能单纯地采用单一管柱的计算方法。针对三级复合管柱,分析了坐封后中和点的位置,并依据此位置分4种情况推导了管柱初始压缩量的计算公式。以某油井复合管柱结构为例,计算了井筒流体作用下管柱的初始压缩量,为现场施工提供参考。

复杂煤体结构煤储层水平井复合管柱完井方法研究

针对煤体结构破坏变形程度差异性与物理特征非均质性强,水平井眼钻遇煤储层的煤体结构复杂,单井完井与增产技术方法单一等问题,为了实现水平井分段完井与适应性增产,提出了复杂煤体结构煤储层水平井复合管柱完井技术,设计了外层套管与筛管复合完井管柱、内层作业油管柱与配套分段完井工具,完善了双管柱受力和相关水力计算模型。在山西省阳泉地区15号煤层开展了复合管柱完井现场试验:将长度为659.5 m的复合管柱下入水平井中至1591 m井深,煤层水平井眼被封隔为4段,采用双管柱结构完成了水力循环解除管柱遇阻、洗井、胀封管外封隔器及煤层分段完井等作业环节的现场测试。基于该试验水平井的工程数据,采用有限差分法计算了双管柱受力,并进行了相关水力计算,结果表明:内层管柱增加了完井管柱下入过程中的侧向力,井下管柱与井壁之间的摩擦阻力增加了5642.75 N。喷头压降与内层管柱水力循环压耗是影响井下双管柱水力循环压耗的主要因素,双管柱下入过程中水力循环排量控制在16~20 L/s,以清除井眼内固相颗粒及维持井壁稳定;洗井作业时排量提升至20~24 L/s,以消除井壁煤层的钻井液伤害。通过研究与现场试验,证明了煤层气水平井复合管柱完井技术具有先进性和可行性,为复杂煤体结构煤储层水平井多样化与适应性增产改造工程提供了可靠的作业基础。

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。

复合压裂管柱结构优化设计与应用

复合压裂管柱存在油管长度配置不合理,轴向抗拉安全系数过剩的问题。以轴向抗拉安全系数为设计目标,对复合管柱各段油管进行受力分析,推导了各段油管长度的计算公式,揭示了影响各段油管长度的因素。以3700 m长复合管柱为例,优化后的复合压裂管柱各项安全系数满足要求,并且可以减少15%管材使用量。

深井分层注水管柱受力变形计算方法改进

针对原高压注水受力分析计算模型的不足之处,提出以下几点改进建议:区分计算完全与部分弯曲管柱的缩短量;细分工作状态,计算温度分布;在多级分层注水中考虑封隔器胶筒摩擦力和配水器水嘴压力与水量损失;增加下入、洗井和停注过程,完整描述整个注水过程中管柱受力变形变化情况。最后,编制深井分层注水管柱受力分析软件进行实例计算。

某复杂超深井生产套管柱优化设计

某超深井生产套管柱设计过程中存在既要满足生产工艺要求又要同时满足抗拉和抗内压的要求。通过工况分析、套管钢级选择、螺纹接头选择、安全系数确定,设计了双规格复合套管柱。通过进一步的抗拉安全系数和抗内压安全系数计算和对比分析,优选出了用于复合管柱的两种生产套管规格。设计思路及方案对于深井和超深井管柱设计有重要指导意义。

手动快换闸板防喷器研制与应用

手动双闸板防喷器是修井过程中使用的一种重要设备,其壳体和侧门的连接多为螺栓连接并采用端面密封,侧门重,现场拆卸、安装螺栓费力,更换闸板困难,辅助生产时间长,劳动强度大。为此研制出一种手动快换闸板防喷器,其壳体和侧门采用T形挂钩连接,侧门密封采用外圆密封,侧门质量轻,拆卸、更换闸板方便、省力,密封安全可靠。

考虑摩阻的圆弧井卡点深度计算模型研究

管柱卡点深度计算对整个大修工艺具有重要意义。现有的卡点计算模型忽略了井斜和动摩擦因数对卡点深度计算的影响,造成卡点深度计算与实际情况出现较大误差。鉴于此,基于胡克定律和微积分原理,在考虑圆弧井井斜及动摩擦的影响下,建立了单一与复合管柱卡点深度计算模型,并给出了相应的数学解。对比分析结果表明:该模型能够更好地描述卡点深度与管柱伸长量之间的关系,使得卡点深度计算更为精确;现场作业中若忽略这种计算差异,会导致管柱在受拉时达到抗拉强度极限而损坏管柱,且在需要使用倒扣工艺解卡时会影响倒扣精度,造成不必要的井下二次事故。研究结果对大修倒扣工艺的现场应用具有一定的指导意义。

Joint member angle limits of composite beams and CFT square columns

This work aims to understand the relationship between the member angle limit and the energy ratio for 24 test samples of composite beams and CFT square steel tube columns. This work also compares the formula applicability for member angle limit with the previous test result to provide the basic data for the design of composite beam-CFT column. The evaluation of the member angle limit was performed with concrete compressive strength (fC =22.16 MPa, 30.49 MPa), breadth-to-thickness ratio (B/t=25.0, 33.3, 43.5), and axial capacity ratio (N/N0=0, 0.3, 0.4, 0.5) as the main variables of the test samples. For the relationship between the member angle limit (Ru) and the energy ratio (ES/EC ), the test result shows that the energy ratio becomes lower as the axial capacity ratio and the breadth-to-thickness ratio increase. The energy ratio is lower for the Type B test sample compared with that of Types A and C. For the formula suggested by SATO, the test samples are distributed evenly for comparison between test values and the member angle limit; however, other formulas indicate a deviation. Specifically, for the comparison between R u,cal and R u (Test), Maeda's formula shows severe deviation.